Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали метод, который заставляет микроволновые фотоны продолжать движение вне зависимости от наличия препятствий на их пути. Это открытие способствует развитию такого типа материалов, как топологические изоляторы. Статья опубликована в журнале Nature.
Топологический изолятор — это такой материал, из-за структуры которого фотоны и электроны двигаются только по поверхности материала и только в одном направлении. Эти частицы испытывают низкое сопротивление и способны свободно преодолевать различные препятствия: примеси, дефекты производства, смену направления сигнала в цепи, различные объекты, намеренно помещенные на пути частицы. Вместо того чтобы отражаться от препятствия, фотоны и электроны обходят его — прямо как вода в реке, которая огибает находящиеся в ней камни.
До нынешнего момента физики предполагали, что эта способность фотонов и электронов имеет ряд ограничений. Следовательно, ученые не могли широко использовать это свойство квантовых частиц в фотонике. Швейцарским физикам удалось разработать такой топологический изолятор, в котором перемещениям микроволновых фотонов не помешает даже самый высокий уровень хаоса.
«Когда инженеры разрабатывают высокочастотные цепи, они должны это делать очень осторожно, чтобы волны не отражались, а проходили в нужной траектории через ряд компонентов устройства. Это первое, чему я учу своих студентов, когда преподаю электротехнику, — объясняет профессор Ромен Флери, глава Лаборатории волновой инженерии Федеральной политехнической школы Лозанны. — Это ограничение, известное как согласование полного сопротивления, не позволяет нам в полной мере управлять волновыми сигналами. Тем не менее благодаря нашему исследованию мы можем использовать совершенно иной подход: создавать цепи и устройства при помощи топологии. Этот метод позволит забыть о согласовании сопротивлений — а оно сильно ограничивает размах современной технологии».
В настоящее время лаборатория профессора Флери занимается изучением конкретных сфер применения своего топологического изолятора. Такие материалы могут быть использованы при создании коммуникационных систем нового поколения, фотонных процессоров и квантовых компьютеров. У всех перечисленных систем есть общая черта: цепи, которые входят в их состав, должны быть надежными и легко настраиваться.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
